塑料注射成型机液压系统

塑料注射成型机液压系统
一．概述（该液压系统总体结构、功能的设计或描述）
塑料注射成型机简称注塑机。

它将颗粒的塑料加热熔化到流动状态，以高压快速注入模腔，经过一定时间的保压，冷却凝固成为一定形状的塑料制品。

注塑机具有成型周期短，对各种塑料的加工适应性强，可以制造外形各异、复杂、尺寸较精确或带有金属镶嵌件的制品、自动化程度高等优点，得到广泛的应用。

它主要有三大部分组成。

（1）合模部件。

合模部件是安装模具用的成型部件，主要由定模扳、动模板、合模机构、合模缸、顶出装置等组成。

（2）注射部件。

注射部件是注射机的俗话部件，主要由加料装置、料筒、螺杆、喷嘴、预塑装置、注射缸、注射座移动缸等组成。

（3）液压传动及电气控制系统。

液压传动及电气控制系统安装在机身内腔上，是注塑机的动力和操纵控制部件，主要由液压泵、液压阀、点攻击、电气元件、控制仪表等组成。

工作流程如下：
该塑料注射成型机的液压系统能满足以下要求：
（1）有足够的合模力。

熔融的塑料通常以4到15MPa 的高压注入模腔，足够的合模力能防止在注射时导致模具离逢而产生塑料制品的溢边想象。

（2）开、合模的速度可以调节。

在开、合模过程中，合模缸速度变化能缩短空程时间，提高生产率和保证制品质量，并避免产生冲击。

（3）有足够的注射座移动，能保证喷嘴与模具浇口紧密接触。

（4）注射压力和速度可以调节，能适应不同塑料品种、注射成型制品几何形状和模具浇注系统的要求。

（5）保压功能，能使塑料注满紧贴模腔获得精确形状，另外在冷却凝固收缩过程中，熔融塑料可不断补入模腔。

（6）预速过程可以调节。

二．系统的动力元件及执行元件的选择
此液压系统执行元件有合模缸、注射缸、注射座移动缸和液压马达。

执行机构的确定
本机动作机构除螺杆的旋转选用液压马达外，合模、注射、注射座移动等均为双向运动，因前进负载力大于返程力，因此选用水平放置的单活塞杆液压缸直接驱动，螺杆则用液压马达驱动。

从给定的设计参数可知，锁模时所需的力最大，为900kN。

为此设置增压液压缸，
得到锁模时的局部高压来保证锁模力。

250g 注塑机为小型设备，从设备的可靠性出发，初定系统工作压力p = 6Mpa,液压泵选用双作用叶片泵。

合模缸
合模缸的载荷力
合模缸在模具闭合过程中是轻载，其外载荷主要是动模及其连动部件的起动惯性力和导轨的摩擦力。

锁模时，动模停止运动，其外载荷就是给定的锁模力。

开模时，液压缸除要克服给定的开模力外，还克服运动部件的摩擦阻力。

确定合模缸的活塞直径D h 和活塞杆直径d h
因合模缸的最大合模力（锁模力）远大于其他负载力，为匹配合理，合模缸采用增 因此，取合模缸大腔面积A h1 = 3.14×10-2㎡,合模缸小腔面积A h2 = 1.6×10-2㎡。

注射缸
注射缸载荷力
注射缸的载荷力在整个注射过程中是变化的，计算时，只须求出最大载荷力。

p
d F W 24
π
=
式中，d ——螺杆直径，由给定参数知：d ＝0.04m ；
p ——喷嘴处最大注射压力，已知p ＝153MPa 。

由此求得F w ＝192kN 。

确定注射缸的活塞直径D W 和活塞杆直径d W
注射缸的载荷力是变化的，这里按最大载荷计算 最大载荷 F W =
p 4d 2π = 62101534
04.014.3⨯⨯⨯N= 19.2×104
N 注射缸大腔面积 A W1=3.14×10-2
㎡ ,小腔面积 A W2=3.01×10-2
㎡
注射座移动缸
注射座移动缸的载荷力
注射座移缸在推进和退回注射座的过程中，同样要克服摩擦阻力和惯性力，只有当喷嘴接触模具时，才须满足注射座最大推力。

取注射座缸大腔面积： A z1 = 0.785×10-2㎡，小腔面积A z2 = 0.589×10-2㎡。

取液压缸的机械效率为0.9，求得相应的作用于活塞上的载荷力，并列于表中。

各液压缸的载荷力
液压马达
进料液压马达载荷转矩计算
m
N n P T c W ⋅=⨯⨯⨯==79660/6014.3210523
π
取液压马达的机械效率为0.95，则其载荷转矩
m N T T m
W
⋅==
=
83895.0796
η
确定液压马达的排量V M
螺杆为单向旋转，且转动惯量不大，因此取马达出口背压为零，马达总效率 M η = 0.9， 液压马达的排量：
V M = 60/n p P M 1M η= 60
/609.010610563⨯⨯⨯⨯m 3/r=0.92×10-3m 3
/r
查样本，选双斜盘柱塞式低速马达，排量 V M = 0.9L/r,额定压力20MPa 。

实际工作压力
因计算执行元件几何尺寸时，未考虑背压，且对计算值进行了圆整，因此各执行元件的实际工作压力需重新核算。

慢速合模、快速合模、低压合模、高压合模、（锁模）的工作压力
慢速及快速合模的负载力可视其等于开模时的负载力F k ，设回油背压p o =0.2MPa ，得慢速和快速合模时的工作压力
p h = 1h o 2h k A p A F +=22
6410
14.3106.1102.0109.4--⨯⨯⨯⨯+⨯Pa=1.66×106Pa 因锁模时的流量近似为零，因此无背压，锁模时的工作压力
p hmax = 1h h A 5F = 2
41014.351090-⨯⨯⨯MPa = 5.73×106Pa
低压合模的工作压力应大于p h = 1.66MPa ，低于p hmax = 5.73MPa ，由工艺要求确定。

开模时的工作压力p k
开模时取回油背压p o = 0.3MPa ，则开模时的工作压力
p k = 2h 01h k A p A F + = P a 106.1103.01014.3109.42
624--⨯⨯⨯⨯+⨯=3.65×106
Pa
注射缸注射时的工作压力p W 及保压压力 p Wo 注射缸注射时取回油背压p o = 0.3 MPa,则
p W = 1W o 2W W A p A F + = P a 10
14.3103.01001.3102.192624--⨯⨯⨯⨯+⨯=6.4×106
Pa 注射保压压力p W0由工艺要求确定，其大小低于工作压力。

注射座前进、后退时的工作压力p z1、p z2 注射座前进后退时取背压 p o = 0.2MPa ，则
p z1=1z 2z o z A A p F +=pa 10785.010589.0102.01032264--⨯⨯⨯⨯+⨯=4.16×106
pa p z2=2z 1z o z A A p F +=P a
10589.010785.0102.01032
264--⨯⨯⨯⨯+⨯=5.36×106pa 预塑进料时液压马达进口压力 p M
马达转动惯量不大，取回油背压为零，得
p M = M M M nV P 60η=P a
9
.0109.0601056033⨯⨯⨯⨯⨯-=6.2×106
Pa 实际所需的流量
设液压缸的容积效率为1，液压马达的容积效率为0.95，计算各执行元件所需的流量 慢速合模所需的流量 q hm =A h1v hm =3.14×10-2×0.02=0.628×10-3m 3/s=37.7L/min 低压合模所需的流量按慢速合模所需流量，高压合模（锁模）的流量近似为零。

快速合模所需的流量 q hG =A h1v hG =3.14×10-2
×0.1=3.14×10-3
m 3
/s=188.4L/min 慢速开模所需的流量 q km =A h2v km =1.6×10-2×0.03=0.48×10-3m 3/s=28.8L/min 快速开模所需的流量 q kG =A h2v Kg =1.610-2×0.13=2.08×10-3m 3/s=124.8L/min 注射缸注射所需的流量 q W =A W1v W =3.14×10-2×0.07=2.22×10-3m 3/s=133.2L/min 注射座缸前进所需的流量 q z1=A z1v z1=0.785×10-2×0.06=0.47×10-3m 3/s=28.3L/min 注射座缸后退所需的流量 q z2=A z2v z2=0.589×10-2×0.08=0.47×10-3m 3/s=28.3L/min 预塑进料马达所需的流量 q M =nV M MV η=60×0.9×0.95=51.3×10-3m 3/s=51.3L/min
三．系统控制回路的设计
合模缸动作回路
合模缸要求其实现快速、慢速、锁模，开模动作。

其运动方向由电液换向阀直接控制。

快速运动时，需要有较大流量供给。

慢速合模只要有小流量供给即可。

锁模时，由增压缸供
油。

（1）慢速合模。

电磁2YA，3YA得电→液压泵1通过溢流阀3卸荷→液压泵2的压力由电磁溢流阀4调定→泵2的压力油经换向阀5右位进入合模缸左腔→换向阀5和冷却器回油。

（2）快速合模。

电磁铁1YA得点→泵1不再卸荷，与泵2一起双泵供油→电磁溢流阀3 调定。

（3）低压慢速合模。

电磁铁2YA,3YA和13YA得电→泵1卸荷。

（4）高压合模。

当动模板越过保护段→压下高压锁模行程开关→13YA失电→泵1卸荷→泵2供油，系统压力由溢流阀4控制进行高压合模。

注射缸动作回路
合模
（1）注射座整体前移。

2YA 7YA得电，泵2的压力油经换向阀9右位进入注射座移动缸右腔→注射座整体前移→喷嘴与模具贴紧。

（2）慢速注射。

1YA 2YA 7YA 8YA 10YA 12YA得电→泵1、2的压力油经换向阀15左位和单向节流阀14进入注射缸右腔→注射速度由单向节流阀14调节。

（3）快速注射。

1YA 2YA 7YA 8YA 10YA 12YA得电→泵1、2的压力油电液换向阀11右位
而不经单向阀14进入注射右腔，使注射速度加快。

3.保压。

2YA 7YA 10YA和11YA得电→泵1卸荷→泵2供油→注射缸对模腔内保压进行补塑。

保压压力由调压阀18调节，泵2供油的多余油液从溢流阀4回油。

4.预塑。

1YA 2YA 7YA 和11YA得电→泵1、2双泵供油→经换向阀15右位、溢流阀13和单向阀12进入驱动螺杆的预塑液压马达→塑料粒卷入料筒→加热预塑→熔料压力达到注射缸活塞退回的阻力→螺杆后移→注射缸回油→油液经换向阀11进入左腔→螺杆向后移到预定位置→螺杆停止→制品处于冷却成型阶段。

5.防流涎。

2YA 7YA和9YA得电→泵1卸荷→泵2的压力油经换向阀9进入注射座移动缸右
腔，经换向阀11进入注射缸左腔→螺杆强制向后移。

6.开模。

（1）慢速开模。

2YA和4YA得电→泵1卸荷→泵2压力油经换向阀5进入合模缸右腔。

（2）快速开模。

1YA 2YA 和4YA得电→泵1、2供油→经换向阀5进入合模缸右腔→开模速
度提高→经换向阀5流回油箱。

7.顶出。

2YA和5YA得电→泵1卸荷→泵2油经换向阀8左位，节流阀7进入顶出缸左腔→顶出制品→油经换向阀8回油。

8. 螺杆。

螺杆推出→2YA和9YA得电→泵2压力油经换向阀11进入注射缸→螺杆退后。

2YA
8YA得电→螺杆前进。